[发明专利]一种基于零化约束的DOA与互耦的联合估计方法

说明书

本发明公开了一种基于零化约束的DOA与互耦的联合估计方法，具体用于提高和改善存在阵元互耦时的DOA估计性能并同时提供对互耦的估计。现有方法需要互耦度的先验信息，当估计互耦度大于真实互耦度导致性能下降。本发明方法首先进行阵列布阵及互耦存在时的接收信号建模，然后基于奇异值分解进行维度压缩，建立基于零化约束的优化问题，并采用迭代方法求解零化约束的优化问题，最进行后DOA与互耦估计。本发明方法可利用全部的阵列数据，不存在孔径损失；可无需互耦度的先验信息，即使互耦度被过估计，也不对性能有显著影响。本发明方法提高了DOA和互耦估计精度。

技术领域

本发明属于信息技术领域，尤其是阵列信号处理技术领域，特别涉及存在阵元互耦情形下的阵列信号处理，具体涉及一种基于零化约束的DOA与互耦的联合估计方法。

背景技术

DOA(波达方向定位技术)，是电子、通信、雷达、声呐等研究领域的行业内用语，通过处理接收到的回波信号，获取目标的距离信息和方位信息。DOA估计属于阵列信号处理技术，是利用传感器阵列估计信号的波达方向，广泛应用于雷达、通信、声呐及医学诊断等军用和民用技术领域。基于参数建模的DOA估计方法由于具有很高的分辨率而更受青睐。但这类方法的性能易受阵列的不完美性影响，例如阵元幅相误差，阵元互耦等。阵元互耦来源于波的传播特性，而难以避免。因此，研究如何校正互耦受到广泛关注。

为了校正互耦，公开文献1(Z.Ye and C.Liu,“On the resiliency of MUSICdirection findingagainst antenna sensor coupling,”IEEE transactions onantennas and propagation,vol.56,no.2,pp.371–380,2008)将阵列两端的阵元去除，以等效消除互耦的影响，只利用中间子阵列估计DOA。该方法缺点在于没有充分利用阵列，存在孔径损失。公开文献2(F.Sellone and A.Serra,“A novel online mutual couplingcompensation algorithm for uniform and linear arrays,”IEEE Transactions onsignal processing,vol.55,no.2,pp.560–573,2007)采用交替最小化一个代价函数，以迭代计算的方法校正互耦。该方法缺点在于校正后的空间谱易存在伪峰，影响DOA估计性能。此外，公开文献1和公开文献2的方法都需要互耦度的先验信息，当估计互耦度大于真实互耦度，两种方法的性能都会下降。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于零化约束的DOA与互耦的联合估计方法。

本发明方法包括以下步骤：

步骤(1)阵列布阵及互耦存在时的接收信号建模：

布设均匀线阵，阵元数量为M，相邻阵元间距为d；K个波长为λ，来自θ₁,θ₂,…,θ_K方向的窄带信号入射到均匀线阵，共接收到N个快拍，多块拍接收数据建模为：Y＝CAS+E，Y＝[y[1]，y[2]，…，y[N]]，信号矩阵S＝[s[1]，s[2]，…，s[N]]，噪声矩阵E＝[ε[1]，ε[2]，…，ε[N]]，C为互耦矩阵，C＝Toeplitz([1,c₁,c₂,…,c_P,0,…,0])，Toeplitz(·)表示生成Toeplitz矩阵，c₁,c₂,…,c_P为互耦参数，P表示互耦度；